[发明专利]球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共形阵列天线的设计方法，尤其是涉及一种球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法。

背景技术

随着无线通信与现代军事技术的发展，能够与载体外形相互吻合的天线系统——共形天线的研究正在日渐得到人们的重视。阵列天线由很多天线单元组成，这些天线单元共形于物体的表面，以减少或消除窒气动力学性能的影响，这种天线称为共形天线。

共形天线具有剖面低，重量轻，易于安装于飞行器表面等优点，使得在天线技术不断发展的今天，共形天线越来越多的应用于诸多领域，其中共形天线由于其独有的优点在现代雷达中得到广泛地应用：首先，与其载体表面共形，对载体本身的空气动力学性能影响不大；其次，在保证天线性能的条件下，采用共形天线可以简化天线安装；而且目前普遍采用的平面相控阵列天线还存在很多问题，如：波束扫描范围窄，天线单元之间的互耦效应与扫描角相关等。球面阵列天线就是指所有阵元分布在一个球体表面，通常是分布在球冠的表面。球面阵列天线作为共形天线的一种，自然具备共形天线所有的优点。但由于自身形状的独特性，又使得它拥有一般阵列天线所不具有的辐射特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种球冠口径场分布的共形阵列天线的设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：

1) 将天线阵列分布在球冠的口径上，口径场分布在由两个及以上圆形阵列组成的球冠上，圆形阵列的圆心分布在球冠顶点和球心的连线上，每一个圆形阵列上布置有天线单元，同一个圆形阵列上至少有3个天线单元，且同一个圆形阵列上的天线单元中心对称并均匀分布在同一球冠上，整个球冠上的口径场分布关于球冠顶点和球心的连线旋转对称；

2) 所述的球冠的球面度小于2π，即所述的球冠小于半球面；

3）所述的口径场分布通过基于贝塞尔函数的参数加权进行调节，得到不同种类波束的连续口径场分布；

4) 将步骤3)得到的连续口径场分布通过离散方法计算得到不同种类波束对应的圆形阵列中每一个圆的半径和天线单元激励。

所述的基于者贝塞尔函数的参数加权调节方法，采用贝塞尔函数的内部加权或者外部加权，内部加权采用尺度变换的方法，外部加权采用线性函数或者指数函数的方法。

所述的不同种类波束是笔形波束、平顶波束或等通量波束。

所述的离散方法计算，是采用采样离散方法或者口径场分布累积函数计算方法。

所述的每一个圆形阵列中天线单元激励，利用功分器来实现，功分器采用多级馈电网络方式，并利用微带线或者带状线来实现。 

本发明具有的有益的效果是：

本发明提够和建立了一种基于连续球冠口径场分布的共形阵列天线模型，上述模型能够快速地评估某一个球冠口径上通过圆形阵列实现不同种类波瓣图的可行性。同时提供了一种确定性的方法，首先通过加权的方法得到合适的基于贝塞尔函数的连续口径分布，然后离散计算得到分布在球冠上的圆形阵列，模型简单有效，避免一些直接优化共形阵列的随机优化算法，如遗传算法、粒子群算法、蚂蚁算法等复杂模型和非常大运算量。为大型球面共形阵列天线的设计提供了一种确定性的方法，同时球冠口径由于具有其独特的特点，与载体面共形，旋转对称等特点广泛应用在现代雷达等各种场合。

口径综合方法是一种基于口径场分布与远场分布关系的方法，广泛应用于大型口径面的设计如平面天线、抛物面反射面天线，圆锥面，球面等设计，和传统的阵列天线优化算法设计相比，具有不可比拟的优越性。

附图说明

图1是球冠口径模型结构图。

图2是基于贝塞尔函数尺度变换加权的                                               的一种口径场分布图。

图3是基于贝塞尔函数尺度变换加权的的一种远场辐射图。

图4是球冠口径共形阵列的一种基本实现结构图。

图5是图4的俯视图。

图6是功分器中的两层馈电网络结构图。

图中：1、第一层馈电网络层，2、第二层馈电网络层，3、输入端口， 4、第一层馈电网络层与第二层馈电网络层接口，5、最内圈圆形阵列的天线单元馈电口，6、中间圆形阵列的天线单元馈电口，7、最外圈圆形阵列的天线单元馈电口。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图4、图5所示，本发明的具体步骤如下：